未来“水利5.0”构想及研究展望

未来“水利5.0”构想及研究展望

引言

自新中国成立以来，我国水利发展取得了举世瞩目的伟大成就，经历了多个发展阶段，目前已发展成为世界水利大国，为国民经济和社会发展作出了巨大贡献。我国政府和科教界始终高度重视水利工作和水利发展布局。水利工作非常重要且涉及许多方面，是一个十分复杂的领域，其工作开展和问题研究都需要超前研判预测。因此，科学分析水利发展形势、提早谋划水利发展布局、精心做好水利发展工作，对于国民经济和社会发展以及水利事业本身，都具有重要意义。

关于我国水利发展阶段和未来水利发展布局的讨论，学术界从未间断过。笔者于2015年对我国水利发展阶段进行过总结，介绍了部分学者的研究成果，阐述了关于“水利1.0”“水利2.0”“水利3.0”“水利4.0”的划分方案，并提出了“水利4.0”构想。自2015年以来，许多学者对水利发展阶段和未来趋势进行了深入研究，取得了一些新认识和新成果。比如，邓铭江等针对生态水利的讨论，王建华等针对智慧水利的讨论，王亚华对我国水利发展新阶段的讨论，胡德胜等对我国水利事业发展阶段的讨论等。

在系统总结2015年以来相关研究成果和“水利4.0”发展过程基础上，考虑人水关系演变趋势和未来水利发展战略需求，本文进一步研判未来“水利5.0”发展情形。

“水利4.0”提出以来的发展回顾

1.“水利4.0”的提出

2015年，笔者在《中国水利发展阶段及未来“水利4.0”战略构想》一文中，阐述了新中国水利发展阶段划分方案，提出了中国未来“水利4.0”构想。其主要内容是：把新中国成立以来的水利发展分为3个阶段，分别为“水利1.0”（工程水利阶段）、“水利2.0”（资源水利阶段）、“水利3.0”（生态水利阶段）；研判2021年之后进入“水利4.0”（智慧水利阶段）。

当初研究的主要思路是：考虑水利工作的主导目标和治水思路，以最具代表性的水利类型来命名水利发展阶段。1949—1999年，水利工作的重心是“建设工程，发展经济”，因此定义为工程水利阶段（“水利1.0”）；2000—2012年，更重视水的资源属性，以保护水资源、走人水和谐之路为水利发展目标，因此定义为资源水利阶段（“水利2.0”）；2013—2020年（2020年为笔者推断的时间节点），我国步入生态文明建设新时代，强调以建设生态文明为目标的水利建设，因此定义为生态水利阶段（“水利3.0”）。

笔者在2015年作出研判：“水利4.0”应该为智慧水利阶段，时间上预计在2021年之后。该阶段的特点是：以丰富的水利经验为基础，充分利用信息通信技术和网络空间虚拟技术，使传统水利向智能化转型。这一研判是受“工业4.0”思路启发，伴随着新一代信息技术的兴起和广泛应用，智慧化时代已经到来并深入各个领域，当然包括水利领域。智慧化技术在水利领域具有广阔的应用舞台，包括智慧监测、智慧模拟、智慧决策、智慧工程、智慧服务、智慧管理等。可以说智慧化业务会逐步深入水利工作的每一个角落。

2.对十年前“水利4.0”研判结果的评述

自2015年提出水利发展3个阶段划分方案和“水利4.0”构想之后，笔者在多次学术交流活动中介绍这一思想成果，得到大多数学者认可，并有很多学者和单位采纳和应用。

2015—2020年间，水利部门及相关科技工作者在完成生态水利阶段重点任务的同时，也在水利信息化建设和智慧化技术应用等方面做出了巨大努力，“水利4.0”（智慧水利阶段）形势初显。

2021年至今又过去近五年，实践证明，2015年的研判结论是正确的。2021年进入“水利4.0”（智慧水利阶段）的标志性事件有：①开启国家水网建设工作。2021年1月25日，全国水利工作会议提出以国家水网建设为核心，系统实施水利工程补短板；2021年5月14日，习近平总书记在推进南水北调后续工程高质量发展座谈会上提出，加快构建国家水网主骨架和大动脉。②开启数字孪生流域建设工作。2021年12月，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议；2022年2月，水利部组织开展数字孪生流域建设先行先试，7月，水利部完成“十四五”七大江河数字孪生流域建设方案。

自2021年以来，部署开展智慧水利有关工作一直是水利部门的工作重点。根据这项工作的难度和水利发展目标，考虑国家智慧化建设需求，现阶段智慧水利工作将依然会持续一段时间，预计会延续到2035年。

3.智慧水利阶段的重点方向总结

2015年在《中国水利发展阶段及未来“水利4.0”战略构想》一文中研判智慧水利阶段的重点研究方向是智慧水利支撑基础、技术集成及服务体系，并阐述了4个方面的研究要点。总结2015年以来十年间的相关研究工作，可以看出：

①2015—2020年间，水利部门及相关科技工作者把工作重心集中在水利工作智能化、水系统精准监测及大数据高效传输与存储、复杂水系统模拟、水资源优化配置、智能水决策和水调度等方面，与笔者提出的需要在2015—2020年间为“水利4.0”做准备的内容基本一致。

②2021年以来，在全面建设社会主义现代化国家的背景下，我国政府作出了一系列重大治水部署，包括国家水网建设、数字孪生水利建设、水旱灾害防御、河湖生态环境复苏、水资源刚性约束制度实施、水利智能业务应用等。这些内容与笔者提出的“水利4.0”水利科技重点研究方向高度契合。

③水利部提出完善“天空地水工”一体化监测感知体系，为水系统快速监测与信息通信技术应用奠定基础；数字孪生流域建设，为水利大数据传输与存储技术、网络空间虚拟技术应用奠定基础；数字孪生水网和数字孪生工程建设，为智能水决策和水调度快速生成与执行系统建设提供硬件支持；水旱灾害防御体系建设与水资源刚性约束制度体系建设，需要耦合集成水系统模拟、水资源高效利用、水环境保护、水资源实时调度、防洪抗旱减灾指挥等各类模型，为智慧水利“大脑中枢”建设奠定基础；水利智能业务应用工作，是构建智慧水利“决策与服务体系”的基础工作。这些工作都与智慧水利阶段目标和研究方向一致。

“水利5.0”研判与构想

1.“水利5.0”的提出及缘由

以2021年代表性事件开启“国家水网建设工作”“数字孪生流域建设工作”为起点，我国水利发展进入“水利4.0”（智慧水利阶段）。2015年，笔者研判“水利4.0”时间预计在2021—2050年，但本文考虑到水利工作重心的变化以及国家智慧化建设投入的加大，并结合国家对“碳达峰、碳中和”目标和中国式现代化建设目标的预期，将推测的2021—2050年时段进行细化和细微调整，即2021—2035年为“水利4.0”，2036—2060年为“水利5.0”。根据目前的水利发展趋势，预计到2035年基本建成智慧化的水利体系，即“天空地水工”一体化水利监测感知体系基本建成，数字孪生流域基本成型，国家水网建设规划纲要基本完成，水旱灾害防御体系达到建设目标，水资源刚性约束制度基本得到有效落实，水利智能业务应用工作基本能满足使用要求等。

受“人类命运共同体”“人与自然和谐共生”思想启发，考虑人水关系演变趋势，特别是考虑到追求人水和谐目标的初衷和意志始终未变，笔者认为下一个水利发展阶段（“水利5.0”）应该为共生水利阶段，时间上预计在2036—2060年。该阶段的特点是：以比较完善的水工程建设、生态水利建设、智慧技术应用为基础，以人水关系和谐共生为基本水情，开展综合性“大水利”工作。

提出“水利5.0”框架，缘由主要有以下4个方面。

①人水关系演变进入共生水利阶段。基于人水关系学理论，从人水关系演变趋势来分析，“水利1.0”（工程水利阶段）是以大规模开发水资源为主要特征，表现为“人为开发为主”的人水关系；“水利2.0”（资源水利阶段）是以保护水资源、实现水资源可持续利用为主要特征，表现为“开发与保护水资源相协调为主”的人水关系；“水利3.0”（生态水利阶段）是以保护水生态、实现生态文明建设为主要特征，表现为“以保护生态为主导”的人水关系；“水利4.0”（智慧水利阶段）是以智慧化技术应用、促进水利发展为主要特征，表现为“智慧化技术应用为主要驱动力”的人水关系。随着人水关系演变，必将进入人与水和谐共生阶段，该阶段将以人水关系和谐共生为主要特征，表现为“和谐共生”的人水关系。

②迈进“水利5.0”的基础已基本形成。从“水利1.0”（工程水利阶段）、“水利2.0”（资源水利阶段）、“水利3.0”（生态水利阶段）到“水利4.0”（智慧水利阶段），通过不断递进式发展，完成了水工程建设、生态水利建设、智慧化工程建设，为进入人与自然和谐共生的新时代奠定了很好的水利基础。

③实现人水关系和谐共生是水利发展追求的目标。2017年10月，党的十九大报告提出：“坚持人与自然和谐共生”，“我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化”；2022年10月，党的二十大报告提出：“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”，“中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化”。实现人水关系和谐共生目标，是人与自然和谐共生思想在水利事业中的重要体现。

④形成综合性“大水利”的时机已经成熟。江河流域治理需要战略思维、系统思维。解决水问题不是一个部门、一个学科、一个地区所能完成的，需要综合应对，水利部门的职能需要扩展，需要逐步形成人水关系和谐共生涉及相关领域的“大水利”。

需要补充说明的是，从“水利1.0”到“水利5.0”是有重叠的递进关系，不是线性叠加，可能是融合、跨越甚至可能出现迂回的递进。“水利5.0”是在前面各阶段基础上的递进关系，并非完全取代“水利4.0”，而是以“水利4.0”为基础进行范式升华，智慧水利仍是“水利5.0”的重要基础内容，但该阶段已表现为以人水关系和谐共生为主要特征。

2.“水利5.0”框架描述

从21世纪初开始，就为“水利5.0”做了前期准备。2001年开始使用“人水和谐”一词，2004年“中国水周”活动的主题为“人水和谐”，这时已经把人水和谐思想引进到治水实践中。2005年国家提出“构建和谐社会”的部署，“人水和谐”成为当时治水工作的核心内容。大约从2005年起我国学者开始了人水和谐理论与实践研究工作，取得了一系列理论和应用研究成果，直到目前我国治水始终坚持人水和谐思想。2017年10月，党的十九大报告提出：“坚持人与自然和谐共生”。人水和谐是人与自然和谐共生的重要组成部分，人水和谐论研究成果也为人与自然和谐共生思想的形成奠定了基础。从该角度看，多年前就开始了共生水利的前期准备，至少从2001年起，“水利2.0”（资源水利阶段）和“水利3.0”（生态水利阶段）都已把人水和谐、人与自然和谐共生作为治水的重要指导思想。即使到2021年进入以“智慧水利”为主的“水利4.0”，也同样有大量的人水和谐、人与自然和谐共生的讨论、研究、技术准备等工作。2035年之前是“水利5.0”的准备阶段，预计到2036年起进入共生水利阶段。下图展示了“水利5.0”的框架和重点研究方向，笔者对这一阶段的轮廓框架描述如下。

“水利5.0”（共生水利阶段）框架与重点研究方向

①形成水利相关的多层面和谐共生局面。包括全球-国家-流域-区域多层级、人与自然关系、人水关系、水资源-经济社会-生态环境多系统以及多部门、多学科等和谐共生局面。共生水利的具体表现内容有：人水系统命运共同体、人与自然和谐共生、人水和谐共生、经济社会与生态用水和谐共生、经济社会各部门用水和谐共生、多水源多过程供水和谐共生、与水相关的多部门和谐共生、涉水研究的自然科学与社会科学共生、理论-技术-工程-投资-制度-监控-管理-文化多体系共生。

②达到水利有效支撑人与自然和谐共生。生态文明建设取得显著成效，流域绿色发展步入正轨，碳达峰目标已经实现，正积极走向碳中和目标，形成以高效节水节能为代表的现代化农业和工业产业结构，智慧化技术逐步普及生产生活的各个方面。

③建成比较完善的水利硬件支撑体系。包括国家水网、数字孪生流域、水旱灾害防御、河湖生态环境复苏、水利智能业务应用、智慧水利基础平台等建设工作基本完成。后续工程建设主要针对特大型工程建设、水利补短板工程建设、已建工程的维护与提质改造。

④实现江河流域的系统治理、综合治理。江河流域治理的关键是处理好复杂的人水关系。需要站在人水关系学高度认识具体问题，基于人水关系多学科交叉研究难点问题，以人水关系全系统调控制定解决对策，真正实现江河流域的系统治理、综合治理。已经建成集水资源高效利用、水环境保护、水安全保障、水市场建设、水法律政策制度建设、水文化传承弘扬为一体的系统治理体系。

⑤形成“大水利”行政与科技教育体系。形成全社会节水型社会和生态文明文化伦理形态，水文化传承与弘扬极大促进人与自然和谐共生的现代化建设。形成综合处理水问题的多部门融合的“大水利”行政管理体系、多学科交叉“大水利”学科体系，培养具有多学科视野、文理交叉的综合素质人才。形成水利工程、生态工程、人工智能、信息技术、系统科学、社会学、经济学等学科交叉的综合研究平台，重点突破跨学科复杂技术。

3.“水利5.0”到来前的应有准备

根据以上分析，大约于2036年步入“水利5.0”，从2025年到2035年的十年间，应积极为迎接“水利5.0”做准备，主要表现在以下几方面。

①思想准备。随着我国水利事业的发展，已从工程水利、资源水利阶段发展到生态水利、智慧水利阶段，基本上达成了水利工程支撑经济社会发展的格局和需求。未来共生水利工作趋于综合，与其他行业的界限趋于模糊，不可能“就水利论水利”，会扩展水利工作范畴，步入“大水利”发展态势。这一趋势对传统水利人的心理提出挑战，需要积极调整心态，做好思想准备。

②行政准备。如上所述，共生水利表现为多层面和谐共生，不断走向涉水多部门、多学科、多系统和谐共生局面，目前的水利行政隶属关系和管理体系将进行必要调整，向工作内容综合性、行政管理综合性转变。因此要做好准备迎接涉水工作内容综合性改革或形成“大水利”行政管理体系。

③工程准备。在2025—2035年期间，要尽快完成大江大河治理、国家水网、水旱灾害防御、河湖生态环境复苏、农田水利等工程建设，做好进入共生水利阶段的工程准备。同时，要把传统水利工程规划设计与建设队伍的层次提升，形成高层次、复合型人才团队和建设队伍，提早谋划向“一带一路”国家进行劳动力、科技、装备和产能的输送。

④技术准备。在近几年主要研究生态水利、智慧水利相关技术的同时，还要积极做好共生水利相关的理论方法和关键技术研究，作为进入“水利5.0”的技术储备。最近几年应重点研究人与自然和谐共生关键技术、江河流域系统治理和综合治理、生态产品价值实现与水经济水产业水市场构建、水资源刚性约束制度落实、“四水四定”关键技术研发等。

⑤教育准备。水问题的解决不是一个学科可以完成的，需要多学科从不同视角、不同理论、不同思维去关注和研究水的特征或人水关系问题；需要形成研究水问题的综合性交叉学科体系，比如人水关系学。水利工程专业不能仅仅针对传统的水利工作，更需要关注新兴学科、多学科交叉学科，或者发展成为一个关于水的由多个学科组成的大学科群。因此，在专业调整、人才培养、学科建设等方面需要为“水利5.0”做好准备。

“水利5.0”科技重点研究方向展望

为了支撑“水利5.0”（共生水利阶段）的工作，需展望2035年之后水利科技重点研究方向及具体研究要点。重点研究方向可归结为共生水利基础理论、技术集成与服务体系，分理论方法、技术研发、工程建设、运行管理4个方向，具体研究要点包括：

①和谐共生水利理论体系与方法体系研究。包括：和谐共生理论、人水和谐论、水资源节约-绿色低碳-高质量发展理论方法、水资源与经济社会发展和谐调控理论方法等。

②人水关系和谐共生技术研发及应用研究。包括：人水关系耦合与协调、水土资源匹配优化配置、山水林田湖草沙协同治理和流域综合管理、水-能源-粮食-生态-“双碳”目标协同调控、水沙调控-水资源利用-灾害防治-生态保护综合治理等技术与应用。

③生态水利规划建设管理关键技术与应用研究。包括：基于生态安全的水资源合理分配与调度、水利工程优化布局与规划建设、水资源保护与河湖生态环境复苏等。

④水利领域智慧技术集成研发与服务体系研究。包括：“天空地水工”一体化监测、分布式人水关系模拟、智慧水决策与服务体系等。

⑤面向人水关系和谐共生的水利工程技术研究。包括：面向人水关系和谐共生的水利工程规划、考虑生态效益的绿色水利设计、生态施工技术应用、高效与可持续水利工程运行、水工程高质量维护与升级改造等。

⑥“大水利”发展的政策制度与运行管理研究。包括：适应共生水利阶段“大水利”发展的政策制度、气候变化与人类活动-水平衡转移-生态系统综合监测与控制、适应“大水利”发展的行政管理改革、智慧水系统决策与调度平台、水文化传承创新与体系建设、“大水利”学科专业改革与人才培养体系建设等。

结语

笔者在2015年提出“水利4.0”基础上，总结10年来（2015—2025年）水利发展形势，基于人水关系学理论，考虑水利工作重心的变化以及数字中国建设投入的扩大，并结合国家对“碳达峰、碳中和”目标和中国式现代化建设目标的预期，对未来水利发展再次进行研判，提出“水利5.0”构想，推测“水利4.0”（智慧水利阶段）将持续到2035年，“水利5.0”（共生水利阶段）大约始于2036年。同时提出“水利5.0”的轮廓框架和重点研究方向，以及此前应做好的诸项准备，可为水利战略布局和水利科技发展预测提供参考。

本文仅仅是笔者基于发展趋势分析，对未来水利发展阶段的探讨和预判，结论不一定准确，也难以给出十分确凿的理由，结论仅供参考。尽管如此，科技预测工作意义重大，可能会指引未来几十年的工作方向，面向未来发展需求提早准备、提早布局，更有利于与未来快速发展相衔接。期待与同行们共同讨论。

Abstract: Water conservancy is an important support and fundamental guarantee for national economic and social development. Scientifically assessing the future development trends of water conservancy and preparing to meet new challenges and historical missions are of great significance. On the basis of reviewing “water conservancy 4.0”, the conception of “water conservancy 5.0” is proposed, with a preliminary judgment that “water conservancy 5.0” will be the stage of symbiotic water conservancy during 2036-2060. Its main characteristics are: relying on relatively sound water engineering construction, ecological water conservancy construction, and intelligent technology application, and taking the harmonious symbiosis of human-water relationship as the fundamental water situation, to carry out comprehensive “grand water conservancy” work. The reasons for proposing “water conservancy 5.0” are explained, and the framework of “water conservancy 5.0” is described, namely that at this stage a multi-dimensional harmonious symbiosis of water conservancy, a relatively well-developed supporting system, and a harmonious symbiosis development pattern should have been formed. Preparations to be initiated in the decade before its arrival (2025-2035) are planned in advance, including ideological, administrative, engineering, technological, and educational readiness. Finally, the key research directions of the “water conservancy 5.0” stage (2036-2060) are briefly predicted in six aspects: theory and methodology, technological research and development, ecological construction, intelligent services, engineering construction, and operational management, providing a reference for the strategic layout of water conservancy and the prediction of water science and technology development.

Keywords“water conservancy 5.0”; strategic conception; symbiotic water conservancy; harmonious symbiosis between human and nature; human-water relationship discipline; water science and technology; smart water conservancy

本文引用格式：

左其亭未来“水利5.0”构想及研究展望[J].中国水利，2025（19）：14-19.

封面供图湖州市水利局

责编董林玥

校对｜吕彩霞

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